(57)【要約】【課題】  本発明の課題は開放型の磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置において、強磁性体ヨークの寸法を大型化することなく、計測空間に均一磁場を作ることを実現する。【解決手段】  磁場発生源として１対の超電導コイルを使用し、強磁性体ヨークによる磁気回路を形成する超電導磁石において、磁場成分の制御には磁極面側形状だけではなくヨークの反磁極面形状を３個以上の屈折或いは２箇所以上の変曲点を持つ形状とすることによりヨーク体積中の磁化の制御を行う。これにより磁場中心から見て軸対称性が非常に悪い磁気回路においても磁場均一度を向上させることが可能になる。  また、開放性をいっそう高めるために強磁性体柱の断面形状の磁場空間側を狭くすることや、操作性を高めるためにヨーク断面積の最小部の位置を対称面以外の位置にずらす構成を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記磁極の反対側に位置する前記強磁性体ヨークのプレート部は、前記磁極と前記強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に平行な断面形状が３個以上の屈折点或いは２個以上の変曲点を持つ形状であることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項２】
請求項１の磁力発生装置において、
前記磁極の反対側に位置する前記強磁性体ヨークのプレート部は曲面或いは平面の組み合わせからなり、該プレート部の断面形状が３箇所以上の屈折点或いは２個以上の変曲点を持つことを特徴とする磁力発生装置。
【請求項３】
請求項１の磁力発生装置において、
前記該プレート部の変曲点として、前記強磁性体柱に対して最も遠い第一の変曲点、該第一の変曲点より前記強磁性体柱側にある第二の変曲点、該第二の変曲点より前記強磁性体柱側にある第三の変曲点を備えることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項４】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記磁極の反対側に位置する前記強磁性体ヨークのプレート部は、
そのプレート部の厚さが前記強磁性体柱より離れるに従って薄くなり、かつ、その厚さが薄くなる率が前記強磁性体柱より離れるに従って小さくなることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項５】
請求項４の磁力発生装置において、
前記プレート部の厚さが薄くなる率が変化する変化点が３箇所以上あることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項６】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記磁極と前記強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に平行な前記強磁性体ヨークのプレート部の断面形状の傾きが、前記強磁性体柱側よりも前記強磁性体柱から離れた側で緩やかであることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項７】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記磁極の反対側に位置する前記強磁性体ヨークのプレート部は、
そのプレート部の厚さが前記強磁性体柱より離れるに従って薄くなった後に厚くなることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項８】
請求項７の磁力発生装置において、
前記プレート部の厚さが薄くなる率が変化する変化点が３箇所以上あることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項９】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記磁極と前記強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に平行な前記強磁性体ヨークのプレート部の断面形状の傾きが、前記強磁性体柱側から離れるに従って減少した後に増加することを特徴とする磁力発生装置。
【請求項１０】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記磁極の反対側に位置する前記強磁性体ヨークのプレート部に前記磁極間の磁場成分を制御する機能を備えたことを特徴とする磁力発生装置。
【請求項１１】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記強磁性体柱の前記磁極と前記強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に垂直な断面形状が、前記磁極側よりも反対側の幅が大きくなることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項１２】
請求項１１の磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に垂直な断面形状が鋭角形状になっていることを特徴とする磁力発生装置。
【請求項１３】
対向する一対の磁極と、
該磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、
前記強磁性体ヨークは前記両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、
前記磁極と前記強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に垂直な前記強磁性体ヨークの断面形状がプレート部において最小となることを特徴とする磁力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置では磁気回路から漏れる漏洩磁場を低減するためにヨーク寸法を大きくする必要があり、装置全体の重量が増加してしまっていた。
【０００３】
特に計測空間を大きくした開放型核磁気共鳴イメージング装置においては、一本の強磁性体ヨークで一対のコイルとの間に磁気回路を構成する必要があり、この場合は特に磁気回路から漏れる漏洩磁場を低減するためにヨーク寸法を大きくする必要に迫られている。また、軸対称形状をしていないヨーク柱状部の影響に起因する非軸対称磁場の成分が大きくなり、この為、計測空間に均一磁場を作ることが妨げられていた。
【０００４】
このような従来技術の開放型の磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置としては、米国２００３年公開公報第１５７５号に示されているものがある。
【０００５】
【特許文献１】米国２００３年第１５７５号公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は開放型の磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置において、強磁性体ヨークの寸法を大型化することなく、計測空間に均一磁場を作ることを実現した磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、磁極の反対側に位置する強磁性体ヨークのプレート部は、その断面形状が３個以上の屈折点或いは２個以上の変曲点を持つ形状であることを特徴とするものである。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、磁極の反対側に位置する強磁性体ヨークのプレート部は、そのプレート部の厚さが強磁性体柱より離れるに従って薄くなり、かつ、その厚さが薄くなる率が強磁性体柱より離れるに従って小さくなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、磁極と強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に平行な強磁性体ヨークのプレート部の断面形状の傾きが、強磁性体柱側よりも強磁性体柱から離れた側で緩やかであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、磁極の反対側に位置する強磁性体ヨークのプレート部は、そのプレート部の厚さが強磁性体柱より離れるに従って薄くなった後に厚くなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、磁極と強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に平行な強磁性体ヨークのプレート部の断面形状の傾きが、強磁性体柱側から離れるに従って減少した後に増加することを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、磁極の反対側に位置する強磁性体ヨークのプレート部に磁極間の磁場成分を制御する機能を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、強磁性体柱の磁極と強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に垂直な断面形状が、磁極側よりも反対側の幅が大きくなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明は対向する一対の磁極と、この磁極に磁気的に結合する強磁性体ヨークとを備えた磁力発生装置において、強磁性体ヨークは両磁極近傍のプレート部と、プレート部を連結する強磁性体柱を有し、磁極と強磁性体ヨークにより形成される磁気回路に垂直な強磁性体ヨークの断面形状がプレート部において最小となることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の磁力発生装置では強磁性体ヨークの形状を意図的に調整することでヨーク中の磁束密度を変化させることを実現した。これにより、能動的に柱状部の非対称性を打ち消すことで、より小型，軽量の装置で高い計測空間の磁場均一度を達成することを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第一の実施形態）
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【００１７】
まず、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置と称す）の概略構成について説明する。ＭＲＩ装置は図１５に示す如く、超電導コイル(図示せず)、該超電導コイルを冷却媒体(例えば液体ヘリウム)と共に収納するコイル容器１，２、前記冷却媒体を冷却する冷媒貯層３、及び冷却媒体を冷却する冷凍機４と、被検体を乗せるベッド９０と、非検体からの核磁気共鳴信号を解析する制御装置１００とから構成され、前記コイル容器１，２を相互に離間して相対向するように配置すると共に、両者コイル容器１，２間に磁場の計測空間を形成し、ここをベッド９０に乗った被検体を通して断層撮影を行うものである。
【００１８】
以下、本発明の第一の実施形態を図面を用いて説明する。本実施例での装置全体の斜視図を図１、側面図を図２、強磁性体ヨークを外した冷却系のみを抜き出した斜視図を図３に示す。
【００１９】
本実施の形態は、超電導コイルを内蔵する一対のコイル容器１，２及び対向する磁極
２１，２２を有し、それぞれの磁極に連結する強磁性体ヨークプレート部３１，３２とそれらを連結する強磁性体ヨーク柱状部４１，４２から構成される磁気回路を有し、コイル容器の中心軸Ｒ−Ｒ′上に磁場の計測空間６を形成する。そして、コイル容器１，２に入った超電導コイルを冷却するための冷凍機４と冷媒を貯蓄する冷媒貯層３は図３に示す配管５１，５２によって連結された構成となっている。
【００２０】
本実施例では冷却の配管５１，５２を通すために強磁性体ヨーク柱状部を４１，４２と分割構造とした例を挙げたが、配管の引き回しによっては分割構造とせず強磁性体ヨーク柱状部４１と強磁性体ヨーク柱状部４２とを一体化した構造であっても構わない。そして、強磁性体ヨークは図２に示すように磁極の反対側で磁気回路に対して垂直方向の平面形状で構成されている。また、強磁性体ヨークは磁気回路に平行な断面形状が３個以上の変曲点を持つようにこれらの平面の繋ぎ目に３個の変曲点１１，１２，１３を有している。そして、プレート部の変曲点で、強磁性体柱に対して最も遠い変曲点１１と、この変曲点より強磁性体柱側にある変曲点１２を比較すると、強磁性体柱から遠くに位置する変曲点１１がより開いた角度になるように形成することで強磁性体ヨーク中の磁化の分布を変化させ、計測空間６の磁場成分を制御することで磁場均一度の向上に寄与する機能を有することを特徴とするものである。
【００２１】
本実施の形態の効果を図１１，図１２を用いて説明する。図１１は本発明の実施例による効果を示すものであり、また、図１２は本発明の実施例の効果を比較するための従来型の開放型の磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置による磁束線図と磁場強度グラフを示したものである。
【００２２】
この図面において上図は計測空間の中心部を通る磁気回路に沿った強磁性体ヨーク断面の磁束線図を示し、下図はＸ軸が上図に対応した横方向の位置を示し、Ｙ軸が磁束密度の大きさを示している。
【００２３】
従来技術においては、図１２に示すように強磁性体ヨーク中の磁束線が強磁性体ヨーク柱状部の反対側に過度に集まるようになり、計測空間における磁場強度の分布が偏るようになっていた。これに対して本実施例によれば、図１１に示すように強磁性体ヨーク中の磁束線が強磁性体ヨーク柱状部の反対側に過度に集まることが無くなり、計測空間における磁場強度の分布が安定して均一にすることを実現している。
【００２４】
尚、上述の実施例では超伝導コイルを使用した磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置について説明を行ったが、本発明はコイルが常電導の場合においても適用することが可能であり、この場合は前述した実施例における断熱と冷却に関わる部分を省略することが可能である。
【００２５】
また、上述した実施例では強磁性体ヨークは磁極の反対側の位置で磁気回路に対して垂直方向に平面で構成された形状を有しているが、図１３に示したように平面を組合わせた形状ではなく曲面により構成しても同様の効果を得ることが可能である。
【００２６】
この図１３の実施例においては、強磁性体ヨークプレート部３１の磁極と反対側に位置する部分が曲面により構成されており、その磁極と強磁性体ヨークで形成される磁気回路に平行な断面形状が、強磁性体ヨーク柱状部から離れるに従い、水平な直線状から変曲点１３ａで上に凸の曲線を描いて曲がり出し、その後、変曲点１２ａで、下に凸の曲線を描いて曲がり出した後、変曲点１１ａで水平な直線状態に移行するようにしたものであり、このような形状においても計測空間における磁場強度の分布を安定に均一にすることを実現できる。
【００２７】
更に、上述した実施例では強磁性体ヨーク柱状部から離れるに従い強磁性体ヨークプレート部３１の厚さが薄くなる形状を採用していたが、これとは異なりヨーク柱状部から離れるに従い、一度ヨークプレート部が厚くなるように構成することも可能である。
【００２８】
この実施例を図１４に示す。この図１４の実施例においては、強磁性体ヨークのプレート部の屈折点として、強磁性体柱に対して最も遠い第一の屈折点１０ｂ、この第一の屈折点１０ｂより前記強磁性体柱側にある第二の屈折点１１ｂ、この第二の屈折点１１ｂより強磁性体柱側にある第三の屈折点１３ｂを備えており、第一，第三の屈折点１１ｂ，13ｂは上に向かった項角であり、第二の屈折点１０ｂ，１２ｂは下に向かった項角を構成している。
【００２９】
この実施例においては、上述の実施例とは異なり強磁性体ヨーク中の磁束線が強磁性体ヨーク柱状部側に集まるようになっていた状況を、逆にヨーク柱状部の反対側に集まるようにすることで、計測空間における磁場強度の分布が安定して均一になることを実現している。
【００３０】
（第二の実施形態）
次に本発明の他の実施形態を図面を用いて説明する。
【００３１】
本実施例での装置全体の斜視図を図４、装置を上部から見た上面図を図５、そして、強磁性体ヨークを磁気回路に対して垂直に切断した切断面を図６に示す。
【００３２】
本実施の形態は、特に言及しない限り同一符号の部品の構成及び配置は第一の実施形態と同様の構成であるが、図４に示すように第一の実施形態の構成と比較し、強磁性体ヨーク柱状部４１，４２の計測空間６側の幅寸法が、その反対側よりも小さくなるように形成したことを特徴とする。
【００３３】
このような構成にすることにより、強磁性体ヨークと磁極で構成される磁気回路において強磁性体ヨーク柱状部４１，４２中の磁束が計測空間６側に集中してしまうことを防ぎ、計測空間６に対して磁場強度の分布が安定して均一になることを実現している。
【００３４】
また、本実施例においては強磁性体ヨーク柱状部において計測空間側の幅寸法を小さくすることで、外部から見た場合の計測空間６へのアクセス角度を広げることが可能になり、測定を受ける被験者に心理的な圧迫感を与えずより一層の操作性を改善することになる。
【００３５】
尚、この実施形態においても上述の第一の実施形態と同様に超伝導コイルを使用した磁力発生装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置について説明を行ったが、本発明はコイルが常電導の場合においても適用することが可能であり、この場合は前述した実施例における断熱と冷却に関わる部分を省略することが可能である。
【００３６】
（第三の実施形態）
更に本発明の他の実施形態を図７に示す。
【００３７】
この本実施の形態においては、装置構成は上述の実施例と同様の構成であるが、図７に示したように強磁性体ヨーク柱状部４１，４２の計測空間側を広く使えるように柱の形状が計測空間側で小さくなるように形成した例である。
【００３８】
そして、このような実施形態においても強磁性体ヨーク柱状部４１，４２中の磁束が計測空間６側に集中してしまうことを防ぎ、計測空間６に対して磁場強度の分布が安定して均一になることを実現している。
【００３９】
（第四の実施形態）
更に、本発明の他の実施例の形態を図８に示す。
【００４０】
この実施形態も第三の実施形態と同様に装置構成は第二の実施例と同じ構成であるが、図８に示すように強磁性体ヨーク柱状部４１，４２の断面を多角形形状の階段型断面に形成した例である。
【００４１】
そして、このような実施形態においても強磁性体ヨーク柱状部４１，４２中の磁束が計測空間６側に集中してしまうことを防ぎ、計測空間６に対して磁場強度の分布が安定して均一になることを実現している。
【００４２】
（第五の実施形態）
更に本発明の他の実施例の形態を図面を用いて説明する。
【００４３】
本実施例での装置全体の斜視図を図９、そして装置の側面図を図１０に示す。
【００４４】
本実施の形態は、特に言及しない限り同一符号の部品の構成及び配置は前述の実施形態と同様の構成であるが、図９に示すように強磁性体ヨークプレート部３１，３２の形状をコイル容器１，２に沿って構成することで磁気回路としての強磁性体ヨークの断面積が最小となる個所５が強磁性体ヨークブレートに位置するようにしたことを特徴とする。
【００４５】
このような構成にすることにより、強磁性体ヨークと磁極で構成される磁気回路において強磁性体ヨーク柱状部４１，４２中の磁束が計測空間６側に集中してしまうことを防ぎ、計測空間６に対して磁場強度の分布が安定して均一になることを実現している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の側面図である。
【図３】本発明の実施形態の超電導磁石の冷却系の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態の上面図である。
【図６】本発明の他の実施形態の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態実施の断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態実施の断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態の側面図である。
【図１１】本発明の実施形態の磁束線図である。
【図１２】従来の装置の磁束線図である。
【図１３】本発明の他の実施形態の変形例である。
【図１４】本発明の他の実施形態の変形例である。
【図１５】本発明の実施形態のシステム図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１，１２，１３…変曲点、２１，２２，８１，８２…磁極、３１，３２…強磁性体ヨークプレート部、４１，４２…強磁性体ヨーク柱状部、５１…配管、６４，６５…支持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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